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1、中北大学2013届毕业论文矿用综合保护器测试系统故障诊断技术研究摘要本论文研究矿用综合保护插件通用型测试系统并对测试系统可能发生的故障进行研究，要求能诊断出测试系统的各个模块的故障并排查。由于保护插件的种类多种多样，其测试需求也千变万化，因此如何诊断测试系统的故障，实现测试系统低故障率运行，以满足多种综合保护插件测试的需求，是本论文研究的重点和难点。使用故障树分析法分析测试系统故障，进行顶层事件分别为计时器不能计时、控制继电器不能正常工作、EDA9016/9017不能进行测量的故障树分析，并分别排查各底事件是否发生故障。关键词：插件、测试系统、故障树分析法Research on Fault D
2、iagnosis Technology of test system for mine synthesis protectionAbstractStudy on the fault in this thesis of mine comprehensive protection plug-in universal test system and the test system may occur, can diagnose the fault and troubleshooting module testing system. As a result of a variety of specie
3、s diversity protection plug-in, the testing demand is the myriads of changes, so how to diagnose the fault test system, realize the operation of low fault rate test system, to meet the needs of a variety of comprehensive protection plug-in test, is this research key point and the difficulty. Using t
4、he method of fault tree analysis testing and analysis system of fault, the top event respectively for fault tree analysis of timer cannot work，the control relay does not work, EDA9016/9017 cannot measure respectively, and investigation of bottom events failure.Keywords: plug-in, test system, fault t
5、ree analysis目 录1引言11.1 本课题的背景及意义11.2 国内外技术研究现状及发展趋势11.3 本论文的研究内容32矿井下的供用电设备及其工作环境42.1煤矿井下的工作环境42.2煤矿井下的供电、用电设备：42.3矿井下对供电设备的特殊要求：53矿井下的继电保护93.1.过流保护装置93.1.1 短路93.1.2 过负荷103.1.3 断相103.2 漏电保护装置113.3 接地保护装置133.4 煤矿井下其他保护143.4.1 失压保护143.4.2 欠压保护153.4.3 过压保护153.4.4 闭锁功能154 综合保护器测试系统164.1 高压综合保护器164.2 井下低
6、压电器综合保护装置174.2.1矿用隔爆型低压馈电开关174.2.2 井下低压漏电保护装置174.2.3 井下低压过流保护装置184.3 电动机综合保护器的现状及发展184.4 照明变压器综合保护装置194.5 插件通用测试系统的总体设计195 故障树分析法235.1故障树分析中常用符号:245.2 故障树分析法的数学基础275.2.1 基本概念275.2.2 布尔代数规则275.3 故障树分析法的编制286 基于故障树分析法的测试系统故障分析306.1 以计时器不能计时故障为顶层事件的故障树306.2 以控制继电器故障为顶事件的故障树316.3 以EDA9016/9017不能测量故障为顶层事
7、件的故障树326.4 底事件故障排查327 总结36附录37参考文献38致 谢40第II页 共II页1引言1.1 本课题的背景及意义随着煤矿生产自动化程度的提高，煤矿井下的供电干线、支线、移动变电站、电动机、煤电钻、井下照明信号等都广泛使用了各种电子保护插件，主要用来对矿井下高、低压线路、照明、电动机、移动变压器等各种大型电气设备可能发生的过载、漏电、短路、过压、断相等故障进行保护，以保护这些电气设备的运行安全，同时可以防止由于漏电、短路等电气故障引起的煤矿瓦斯爆炸恶性事故。煤矿用综合保护插件矿用综合保护插件在保证煤矿安全方面具有重要作用。但由于缺乏统一的信号接口标准，各开关生产厂家配套的保护
8、插件各不相同，给煤矿用户检验、使用和维修带来诸多困难。由于煤矿井下工作环境恶劣，且综合保护插件处于长期连续工作状态，综合保护插件可能会出现功能失常，在实际应用中因保护插件工作异常而影响煤矿安全生产的情况时有发生，为此需要定期对运行中的矿用综合保护插件进行功能测试。因此，设计开发出了能够覆盖各种保护插件的保护性能测试系统，但测试系统自身可能发生的故障更需要加以分析，以便测试系统正常运行，可靠测试矿用综合保护插件的功能。对煤矿的安全生产具有重要的意义123。目前，国家要求每个煤矿必须配备矿用综合保护插件的专用测试设备，并把这一项列为煤矿安全检查的重要一项，国家将根据煤矿安全检查的结果来决定是否颁发
9、煤矿安全许可证，没有取得煤矿安全许可证的煤矿将不得生产。随着对安全生产的宣传和国家相关政策的出台，各个矿务局、煤矿对安全生产也越来越重视起来，煤炭高效安全生产技术及装备成为矿务局、煤矿关注、采购的热点。1.2 国内外技术研究现状及发展趋势同类产品未见国外报道。 矿用高低压防爆开关及矿用防爆磁力起动器保护器插件测试系统，目前主要有两类，一类是针对某种插件的专用测试仪器，一般是通过面板上的各种开关对被测插件进行控制，通过面板上的仪表或其他仪表进行输出信号的检测，其精度低、操作麻烦，通用性低；另一类是简单的在线测试，即设备在工作状态，通过设备自身所带的试验按钮来检验保护插件相应的保护电路工作是否正常
10、，其测试结果是不完全的。由于综合保护插件种类繁多，国内生产厂家众多，而不同的煤矿选用不同的产品，这就意味着矿用高低压防爆开关及矿用防爆磁力起动器保护器测试系统为非标产品，因此国内作此项工作的单位并不多。 而煤矿生产一线对矿用综合保护插件的测试手段和测试装置落后，大部分为手工测试，测试项目不全、精度低而且效率差。由于煤矿生产现场的矿用综合保护插件数量很大，因而其测试工作量很大，往往出现由于矿用综合保护插件测试效率低费时长而耽误井下生产的现象，在煤矿高额生产任务的条件下这种现象往往又带来井下电气设备脱离矿用综合保护插件保护运行的不安全现象。（1）淮南无线电七厂在八十年代为了对产品进行技术检查，研制
11、出了用于检测该厂生产的JDB系列电动机综合保护器的测试台。该试验台可供JDB系列电动机保护器调整试验用。（2）煤科总院上海分院电气设备厂研制生产的，主要用于检测矿用低压隔爆型电器设备内部各种电子保护装置的动作性能和技术参数。（3）由湘潭矿业学院自动化研究所开发出的专门用于检测国产真空高压隔爆开关综合保护器各项性能指标的测试仪。（4）由淮南工业学院设计、研制出型多功能试验装置。（5）浙江温州八达真空开关厂生产的YZB01、YZB02矿用综合保护插件测试系统为本项目的同类产品，但YZB01、YZB02存在着只能测试特定厂家生产的矿用综合保护插件而不能通用测试所有厂家生产的矿用综合保护插件和不能扩展
12、测试新型号矿用综合保护插件的缺陷，此外其还存在着操作烦琐、对测试者专业技术水平要求高、测试数据不能打印等不足之处456。随着煤炭工业的迅速发展，需要一种全自动的矿用综合保护器插件测试系统来满足煤矿安全高效生产需要7。而检测技术的发展，尤其是计算机技术在检测领域的应用，使得对矿用综合保护插件进行全自动测试、提高测试准确性和测试效率，成为矿用综合保护插件测试技术与设备的发展趋势。在远期，由功能检测向故障检测发展、离线检测向在线检测发展是矿用综合保护插件测试技术与设备的发展趋势。本项目研发的综合保护器测试系统采用计算机和远端测控智能模块，技术先进，自动化程度高，克服了不能通用测试所有厂家矿用综合保护
13、插件和不能扩展测试新型号综合保护插件的缺陷，测试系统采用组合式结构，具有很高的灵活性及可扩充性。1.3 本论文的研究内容本论文研究矿用综合保护插件通用型测试系统并对测试系统可能发生的故障进行研究，要求能诊断出测试系统的各个模块的故障并排查。由于保护插件的种类多种多样，其测试需求也千变万化，因此如何诊断测试系统的故障，实现测试系统低故障率运行，以满足多种综合保护插件测试的需求，是本论文研究的重点和难点。1.煤矿井下的电气研究：煤矿井下工作环境特点；煤矿井下供电系统的设备构成，用电设备构成；研究煤矿井下环境对电气设备的特殊要求；煤矿井下供电系统和电气设备装备的继电保护：过电流、漏点、接地保护及其他
14、保护，装设这些保护的意义和原理。2. 插件通用测试系统的硬件系统的功能模块：（1）A/D转换接口模块；（2）D/A转换接口模块；（3）数字量输入模块；（4）数字量输出模块；（5）开关量输入模块；（6）开关量输出模块；（7）定时器/计数器模块；（8）电压变换模块；（9）电参数采集模块；（10）电流源模块。3.故障树分析法：简要介绍故障树分析法，故障树分析法中常用的符号，及故障树的编制。4.故障树分析测试系统故障：顶层事件分别为计时器不能计时、控制继电器不能正常工作、EDA9016/9017不能进行测量的故障树分析；分别排查各底事件是否发生故障。本论文按照测试系统的设计开发过程，对测试系统的设计和
15、实现做了系统的阐述。从逻辑上可粗略划分为四个部分：第一章为绪论，主要对本论文的研究内容、目的、和意义、国内外研究现状作一介绍；第二章主要对被测对象进行了分析；第三章主要研究了综合保护插件通用测试系统的结构；第四章介绍故障树分析法；第五章研究用故障树分析法研究测试系统各个模块可能发生的故障；最后一章对本论文的工作和不足进行总结，并对今后的研究方向进行了展望。2 矿井下的供用电设备及其工作环境2.1 煤矿井下的工作环境（1）煤矿井下的空气中含有瓦斯及煤尘，在其含量达到一定量时，如果遇到电气设备或电缆电线产生电火花、电弧和局部高温时，就会燃烧或爆炸。（2）井下硐室、巷道、采掘工作面等需要安装电气设备的地方，空间都比较狭窄，因此，电气设备的体积受到一定的限制，且使人体接触电气设备、电缆的机会比较多，容易发生触电事故。（3）井下由于岩石和煤层都存在着压力，常会发生冒顶和片帮事故，使电气设备（特别是电缆）很容易受到砸、碰、挤、压而损坏。（4）井下空气比较潮湿，湿度一般在95%以上，并且机电硐室和巷道经常有滴水和淋水，使电气很容易受潮。（5）井下有些机电硐室和巷道的温度较高，而井下电气设备的散热条件较
